長輸管線球(qiú)閥結構的設計研究(jiū)

1.概述

　　 爲使我國西部的經濟得到較快的發展，國家提出開發大西部的重大決(jué)策。開發(fā)新疆地區的石油(yóu)和天然氣資源，就(jiù)是開(kāi)發西(xī)部的重大舉措之一。要使西部的油、氣資源得到充分的利用，唯一的辦法是将油、氣通過管(guǎn)線輸送到我國的東部地區。國家爲此将(jiāng)建設“西氣東輸”管網工程，即鋪設主管線，西起塔裏木的輪南氣田，東到(dào)上海(hǎi)地區，全線長約4200公裏。管線(xiàn)輸送已成爲當代物(wù)料運輸的(de)主要方式(shì)之一，利用長距離(lí)管線輸(shū)送油、氣等資源已成爲當今世界能源輸送的最主要的手段。世界(jiè)上主要油、氣生産國(guó)和消費國都大量(liàng)使用長輸管(guǎn)線來解決油、氣(qì)資源的運輸問題(tí)，其(qí)中，天然氣的輸送95%以上采(cǎi)用管線方式。據統計，目前，世界上已有的油、氣長距離輸送管線總長度超過260萬公(gōng)裏，其中，天然氣輸送(sòng)管線總長度約140萬公裏，占管線總長度的二分之一(yī)以上。從國外的建設和運輸的經驗來看，在相同輸(shū)送(sòng)量的情況下，建一(yī)條大口徑(jìng)的管(guǎn)線比建幾條小口徑的管線更爲(wèi)經濟；而且采用在(zài)一定範圍内提高介質(zhì)的輸送壓力(lì)，同樣能夠增加效益(yì)。所(suǒ)以，西氣東輸采取的管徑爲：公稱(chēng)直(zhí)徑DN=1000mm，公稱壓力PN=10.0MPa。這樣的參(cān)數在我國以前的輸氣管(guǎn)網中是從來沒有的。

　　我國(guó)西氣東輸(shū)管線距離長，管(guǎn)線經過沙漠、雨(yǔ)林、沼(zhǎo)澤、山地、河流（長江、黃河）、平(píng)原，所經地區氣候惡劣，環境溫度變化範圍爲－30oC——＋80oC，環境(jìng)條件差。因此。對長(zhǎng)輸管線閥門的要求比通用閥門的要求要高得多，要(yào)求(qiú)長輸管(guǎn)線閥門(mén)具有更高的(de)可靠(kào)性、更(gèng)高的密封性、更高的強度，以确(què)保長輸管線(xiàn)安全(quán)可靠運行。

2.管(guǎn)線球閥 的發展

　　 長輸管線的發展，經過幾(jǐ)十年的(de)時間，在我國以初具規模，特别是管線(xiàn)球閥 的發展，目前在國内管線上應用的國産管線球閥 ，參數已達到了PN6.4MPa，DN1000mm，但與西氣東輸工程中要求的參數，還有一段(duàn)距離，另外，管線球閥 的緊急切斷裝置，國内還不能生産。另外(wài)，全焊接的球閥 ，國内還沒有産品應用的曆史。

3.管線球閥 的相(xiàng)關标準

API 6D 管線閥門
API 6FA 閥門的耐火試驗
API 607 軟密(mì)封和90o轉向閥門的耐火試驗
API 598　閥(fá)門的檢驗和試驗
ANSI B 16.34 法蘭、螺紋和焊接(jiē)端閥門
J B/T 7745　管線球閥

4.管線球閥 的特點(diǎn)及要求

　　 在長輸管線(xiàn)中，要求線路截(jié)斷閥——管線球閥 能夠控制(zhì)管道中的(de)介質，具有開關作用，改變介質(zhì)流向和防止倒流，發送或通過管道清洗球，防(fáng)止事故發生，自動、緊急切斷，封閉或打開(kāi)管線等(děng)。

４.1密封性能可靠

　　 長(zhǎng)輸管線隻能定期巡查或巡(xún)邏，而且有時(shí)需要通過人迹罕至(zhì)的高山、沙(shā)漠、草原及地震(zhèn)等(děng)地(dì)區。微小的漏失(shī)就會(huì)造成大量介質的漏失，浪費(fèi)能量，尤其是西氣東輸(shū)工程中，對(duì)天然氣管道中的密封性更爲重要，另外，還要求具有(yǒu)緊急注脂的密封性能(néng)。

4.2使用(yòng)壽命要求長(zhǎng)

　　管(guǎn)線一旦投入(rù)運行，幾年内(nèi)甚至(zhì)幾(jǐ)十年内不允(yǔn)許停止運行，運行的時間越長越好，天然(rán)氣面對的(de)是大用(yòng)戶，是大工廠、企業(yè)的原料或能源，不允許有片刻(kè)的閘斷，所以，要求主要關鍵件如閥座等有很長的壽命。

4.3管線閥門的高強度(dù)、抗外力的安全性

　　西(xī)氣東輸工程中，管線(xiàn)球閥 的壓力高達10.0MPa。口(kǒu)徑達到1000mm。且管線的站距較長，長度達到20公裏左右，在使用中，受(shòu)溫度的熱脹冷縮、設(shè)備振動、地震災害、地基變動等複雜(zá)的外力，閥門在管道中經常受到拉伸、彎曲壓縮等綜合應力，要确(què)保閥門的正(zhèng)常使用(yòng)，必須具備足夠(gòu)的強(qiáng)度。

4.4管(guǎn)線球閥 應耐腐蝕

　　因天然氣中含有硫(liú)化氫，它還能與(yǔ)鐵反應生成(chéng)硫化鐵，腐蝕閥門，穿蝕機械，故管(guǎn)線球閥 應選用耐腐蝕的材料。

4.5自動化程度高

　　 管線球閥 的控制都是(shì)在中央控制室，距離較遠(yuǎn)，應能實施遠距離控制或遙控，且在事故狀态下能(néng)緊急(jí)關斷。關斷時間要求達到15秒左右，在管線正常運行時，可能幾年内都不會動作，一旦動作，必須準确、可靠。

4.6管線閥門要求重量輕、結構(gòu)緊湊、全通徑

　　 爲了保(bǎo)證閥門能在複雜的現場安裝、埋地要求(qiú)、檢修方便，因此(cǐ)要求閥門重量輕，結構緊(jǐn)湊，并且是全通徑，便于在管線正常運行時，能(néng)夠清管。

5.設計研究

管線球閥 的主要技術參數(shù)：
公稱壓力PN=10.0MPa
公稱通經DN=1000mm
實際通經D=1016mm
環境極限溫度-36oC——+80oC
介質：天(tiān)然氣（含有硫化氫和二氧化碳）
啓閉時間：關(guān)閉<15秒、開啓＝600秒
根據使用和标準的要(yào)求，以及長輸管線(xiàn)球閥 的要求，結合管線球閥(fá) 的技術(shù)參數，我們作了如(rú)下的設計研究(jiū)：

5.1全焊接式管線球閥(fá)

爲(wèi)了杜絕閥門的外漏、提高閥門的抗變形能力(lì)、減輕重(zhòng)量，需采用全鍛焊式結構，典型結構見圖１（暫無，歡迎提供）

全鍛焊式結構，采用鍛造(zào)的閥體，在裝配後焊接而(ér)成，改變了過去(qù)的鑄造、螺栓(shuān)連接結構，不會有閥體(tǐ)部分(fèn)的外漏；相對于鑄件來看，鍛件的壁厚可以減薄，且強度(dù)高，省去了中法蘭和幾十對螺栓的連接，重量(liàng)大大減輕(qīng)，據測試，将減輕四分之一的重(zhòng)量。

5.2密封結構

　　 密封結構是球閥(fá) 密封性能的關鍵(jiàn)設計(jì)，提供一個好的密封結構，直(zhí)接影(yǐng)響球閥 的使用(yòng)壽命，根據研(yán)究，我(wǒ)們提供了下列幾(jǐ)種符合實際要求的結構：

5.3 防靜電、防火結構

　　标準中要求該球閥 必須具有防靜電、防火結構，閥門在球體、閥(fá)杆(gǎn)和閥體之間設置(zhì)靜電結構，在密封圈設置防火結構，當發(fā)生火災(zāi)時(shí)，金屬密封圈仍能(néng)達到密封，結構如圖１所示（暫無，歡迎提供）：

5.4 緊急切斷裝置

　　 當管道發生事故(gù)時，要求該事故管道(dào)兩端的球閥 實行緊(jǐn)急切斷，一(yī)般要求在15秒之内關閉兩端閥門，或(huò)者在更短的時(shí)間(jiān)，現在，各(gè)閥門制造(zào)廠大部分選用國外的氣液聯動的(de)緊急切斷裝置，該(gāi)裝置直接利用管道輸送的(de)介質，利用介質的壓力，由感應裝置或由主控室的指令，感應(yīng)事故信号，直接控制(zhì)閥門，達到(dào)緊急切斷閥門的目的。

5.5固定球(qiú)結構

　　 爲減少介質壓力對球體及閥杆造(zào)成的彎曲應力，将閥(fá)杆與(yǔ)球體的連接設計成分段結構，避免介質壓力直接作用在閥杆上，造成閥門開關的難度，另外，加(jiā)大球體的支撐截面積，提高球(qiú)體的剛性。結構設計(jì)見圖４（暫無(wú)，歡迎提供）：

　　 綜上所(suǒ)述(shù)，采取上述幾種方案的特點，能夠符合(hé)标準對閥門(mén)的要求，同(tóng)時，也能符合工程的需要(yào)。